No pólo sul de Júpiter se esconde uma visão impressionante – mesmo para um planeta gigante gasoso coberto por faixas coloridas que ostentam uma mancha vermelha maior do que a Terra. Perto do pólo sul do planeta, quase totalmente escondido dos olhos curiosos dos humanos, está uma coleção de tempestades em redemoinho dispostas em um padrão geométrico incomum.
Desde que foram avistados pela primeira vez pela sonda espacial Juno da NASA em 2019, as tempestades têm apresentado um mistério aos cientistas. As tempestades são análogas aos furacões na Terra. No entanto, em nosso planeta, os furacões não se agrupam nos pólos e giram em torno uns dos outros na forma de um pentágono ou hexágono, como fazem as curiosas tempestades de Júpiter.
Agora, uma equipe de pesquisa que trabalha no laboratório de Andy Ingersoll, professor de ciência planetária do Caltech, descobriu por que as tempestades de Júpiter se comportam de maneira tão estranha. Eles fizeram isso usando matemática derivada de uma prova escrita por Lord Kelvin, um físico matemático e engenheiro britânico, quase 150 anos atrás.
Ingersoll, que era membro da equipe Juno, diz que as tempestades de Júpiter são notavelmente semelhantes às que assolam a costa leste dos Estados Unidos a cada verão e outono, apenas em uma escala muito maior.
“Se você fosse abaixo do topo das nuvens, provavelmente encontraria gotas de chuva de água líquida, granizo e neve”, diz ele. “Os ventos seriam ventos com a força de um furacão. Os furacões na Terra são um bom análogo dos vórtices individuais dentro desses arranjos que vemos em Júpiter, mas não há nada tão belíssimo aqui.”
Como na Terra, as tempestades de Júpiter tendem a se formar mais perto do equador e, em seguida, derivar em direção aos pólos. No entanto, os furacões e tufões da Terra se dissipam antes de se aventurarem muito longe do equador. Júpiter vai continuar até chegar aos pólos.
“A diferença é que na Terra os furacões ficam sem água quente e atingem os continentes”, diz Ingersoll. Júpiter não tem terra “, portanto, há muito menos fricção porque não há nada para esfregar. Há apenas mais gás sob as nuvens. Júpiter também tem calor remanescente de sua formação que é comparável ao calor que recebe do sol, então a temperatura diferença entre seu equador e seus pólos não é tão grande quanto na Terra. ”
No entanto, diz Ingersoll, essa explicação ainda não leva em conta o comportamento das tempestades assim que atingem o pólo sul de Júpiter, o que é incomum mesmo em comparação com outros gigantes gasosos. Saturno, que também é um gigante gasoso, tem uma enorme tempestade em cada um de seus pólos, em vez de uma coleção de tempestades dispostas geometricamente.
A resposta para o mistério de por que Júpiter tem essas formações geométricas e outros planetas não, Ingersoll e seus colegas descobriram, poderia ser encontrada no passado, especificamente no trabalho realizado em 1878 por Alfred Mayer, um físico americano, e Lord Kelvin. Mayer colocou ímãs circulares flutuantes em uma piscina de água e observou que eles se arranjariam espontaneamente em configurações geométricas, semelhantes às vistas em Júpiter, com formas que dependiam do número de ímãs. Kelvin usou as observações de Mayer para desenvolver um modelo matemático para explicar o comportamento dos ímãs.
“No século 19, as pessoas estavam pensando em como peças giratórias de fluido se organizariam em polígonos”, diz Ingersoll. “Embora houvesse muitos estudos de laboratório desses polígonos fluidos, ninguém havia pensado em aplicá-los a uma superfície planetária.”
Para fazer isso, a equipe de pesquisa usou um conjunto de equações conhecidas como equações de águas rasas para construir um modelo de computador do que pode estar acontecendo em Júpiter e começou a fazer simulações.
“Queríamos explorar a combinação de parâmetros que torna esses ciclones estáveis”, disse Cheng Li (Phd ’17), autor principal e pós-doutorado da 51 Pegasi b na UC Berkeley. “Existem teorias estabelecidas que preveem que os ciclones tendem a se fundir no pólo devido à rotação do planeta e foi isso que descobrimos nos ensaios iniciais.”
Eventualmente, no entanto, a equipe descobriu que um arranjo geométrico de tempestades semelhante a Júpiter se formaria se cada uma delas fosse cercada por um anel de ventos que virasse na direção oposta das tempestades giratórias, ou um chamado anel anticiclônico. A presença de anéis anticiclônicos faz com que as tempestades se repelam, em vez de se fundirem.
Ingersoll diz que a pesquisa pode ajudar os cientistas a entender melhor como o clima na Terra se comporta.
“Outros planetas oferecem uma gama de comportamentos muito mais ampla do que o que você vê na Terra”, diz ele, “então você estuda o clima em outros planetas para testar a resistência de suas teorias.”
O artigo, intitulado “Modelando a estabilidade de padrões poligonais de vórtices nos pólos de Júpiter, conforme revelado pela nave espacial Juno”, aparece na edição de 8 de setembro dos procedimentos da Academia Nacional de Ciências.
Publicado em 27/09/2020 10h23
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